Obliczenia kwantowe

Komputery przeniknęły do ​​niemal każdej dziedziny biznesu i nauki i są coraz szybsze. Niemniej jednak naukowcy rutynowo napotykają problemy niemożliwe do rozwiązania nawet przez najpotężniejsze superkomputery. Środkiem zaradczym mogą być komputery kwantowe, które wykorzystałyby fantastyczne właściwości mechaniki kwantowej do rozwiązania takich problemów w ciągu kilku sekund, a nie stuleci. Od lat 80. fizycy w laboratoriach akademickich i firmach takich jak IBM, Hewlett-Packard i NEC stosowali różne podejścia do obliczeń kwantowych, ale wydaje się, że żadne z nich nie dostarczy działającej maszyny w mniej niż 10 lat.

Spółka: Systemy D-Wave

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2005 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Siedziba: Vancouver, Kolumbia Brytyjska

Zainwestowana kwota: 22 miliony dolarów kanadyjskich (około 17,5 miliona dolarów USA)

Główny inwestor: Draper Fisher Jurvetson

Kluczowi założyciele: Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

Technologia: Komputery kwantowe

Jednak startup D-Wave Systems z Vancouver zamierza zbudować komputer kwantowy w ciągu trzech lat. Nie będzie to w pełni funkcjonalny komputer kwantowy, jakiego oczekiwano od dawna; Ale D-Wave jest na dobrej drodze do wyprodukowania specjalnego, hałaśliwego sprzętu kwantowego, który mógłby rozwiązać wiele problemów z symulacją fizyczną, które przeszkadzają współczesnym komputerom, mówi David Meyer, matematyk pracujący nad algorytmami kwantowymi na Uniwersytecie Kalifornijskim. San Diego.

Różnica między systemem D-Wave a innymi projektami komputerów kwantowych polega na szczególnych właściwościach mechaniki kwantowej, które wykorzystują. Inne systemy opierają się na właściwości zwanej splątaniem, która mówi, że dowolne dwie cząstki, które weszły w interakcję w przeszłości, nawet jeśli teraz są rozdzielone przestrzennie, mogą nadal wpływać na swoje stany. Ale ta współzależność jest łatwo zakłócana przez interakcje cząstek z ich otoczeniem. W przeciwieństwie do tego, projekt D-Wave wykorzystuje znacznie bardziej solidną właściwość fizyki kwantowej, znaną jako tunelowanie kwantowe, która pozwala cząstkom magicznie przeskakiwać z jednego miejsca do drugiego.

Założona w kwietniu 1999 roku, D-Wave powstała jako seria rozmów pomiędzy studentami i wykładowcami na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej. Z biegiem lat zgromadził własność intelektualną i zawęził swoje zainteresowania, przyciągając prawie 18 milionów dolarów finansowania, początkowo od aniołów biznesu, a ostatnio od rządów Kanady i Niemiec, a także od firm venture capital. Firma planuje ukończenie prototypowego urządzenia do końca 2006 roku; wersja zdolna do rozwiązywania problemów komercyjnych może być gotowa do 2008 roku, mówi prezes i dyrektor generalny Geordie Rose.

Agresywność harmonogramu D-Wave jest możliwa dzięki prostocie konstrukcji urządzenia: analogowego chipa wykonanego z nadprzewodników niskotemperaturowych. Chip musi zostać schłodzony do -269 °C ciekłym helem, ale nie wymaga delikatnych, najnowocześniejszych laserów, pomp próżniowych i innych egzotycznych urządzeń, których potrzebują inne komputery kwantowe.

Projekt jest również podatny na techniki litograficzne używane do produkcji standardowych chipów komputerowych, co dodatkowo upraszcza produkcję. D-Wave tworzy na chipie szereg pętli niskotemperaturowych nadprzewodników, takich jak aluminium i niob. Kiedy przepływa przez nie prąd, pętle działają jak małe magnesy. Dwa magnesy na lodówkę w naturalny sposób odwrócą się tak, że skleją się, minimalizując energię między nimi. Pętle w chipie D-Wave zachowują się podobnie, zmieniając kierunek przepływu prądu z zgodnego z ruchem wskazówek zegara na przeciwny do ruchu wskazówek zegara, aby zminimalizować strumień magnetyczny między nimi. W zależności od problemu, który ma rozwiązać, układ jest zaprogramowany tak, aby prąd przepływał przez każdą pętlę w określonym kierunku. Pętle następnie spontanicznie się obracają, aż osiągną stabilny stan energetyczny, który stanowi rozwiązanie problemu.

Pierwszy komputer firmy D-Wave nie będzie w stanie osiągnąć najszerzej reklamowanej korzyści w zakresie obliczeń kwantowych: rozkładania niezwykle dużych liczb w sercu nowoczesnych systemów kryptograficznych wykładniczo szybciej niż jakikolwiek znany komputer. Nadaje się jednak idealnie do rozwiązywania problemów, takich jak niesławny problem komiwojażera, w którym sprzedawca szuka optymalnej trasy między miastami. Wraz ze wzrostem ich złożoności, takie problemy szybko stają się nie do rozwiązania dla tradycyjnych komputerów, ponieważ wymagają zbadania każdej możliwej odpowiedzi. Poszukując własnego optymalnego stanu energetycznego, chip D-Wave automatycznie wykonuje dokładnie ten rodzaj obliczeń w ciągu kilku sekund. Aplikacje – niektóre warte miliardy dolarów – obejmują optymalizację tak różnorodnych elementów, jak trasy ciężarówek, portfele finansowe, a nawet układy tradycyjnych chipów komputerowych. Współpracownik D-Wave, Oliver Downs, mówi, że chip D-Wave powinien również wyróżniać się w modelowaniu innych systemów kwantowych, takich jak interakcje molekularne charakteryzujące nanomateriały lub leki.

Chociaż bardziej wytrzymałe niż typowe komputery kwantowe, systemy D-Wave nadal będą delikatne. Dlatego firma zamierza sprzedawać rozwiązania, a nie komputery, mówi Rose. Klient uruchomi program do rozwiązania danego problemu na własnych komputerach. Gdy program napotka niemożliwą do rozwiązania część problemu, zdalnie wywoła komputer D-Wave, aby uruchomić podprogram. Według Meyera z UCSD, w przypadku wielu specjalistycznych aplikacji taki dedykowany sprzęt ma potencjał, by przewyższać nawet najbardziej sprytne oprogramowanie działające na komputerze ogólnego przeznaczenia.

I chociaż wiele podejść do obliczeń kwantowych trafiło w mur, przeciwstawiając się ograniczeniom laserów i innego sprzętu, Downs uważa, że ​​wczesne wyniki eksperymentalne D-Wave wskazują, że jej chip jest zgodny z harmonogramem. Chociaż Meyer mówi, że nie jest w stanie ocenić, czy firma dotrzyma narzuconych sobie terminów, wierzy, że uda jej się zbudować maszynę, która rozwiąże dokładnie takie problemy, jakie sobie wyobraża. Zatrudnili zarówno bardzo dobrych eksperymentatorów, jak i całkiem poważnych ludzi teorii, mówi. Z pewnością jest to sposób na podejście do tego rodzaju problemu, aby wydarzył się on w nieakademickich ilościach czasu.

Spółka:
Systemy D-Wave

Siedziba:
Vancouver, Kolumbia Brytyjska

Zainwestowana kwota:
22 miliony dolarów kanadyjskich (około 17,5 miliona dolarów USA)

Główny inwestor:
Draper Fisher Jurvetson

Kluczowi założyciele:
Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris

Technologia:
Komputery kwantowe

ukryć